[論文レビュー] Development of a pipeline CAMAC controller with PC/104-Plus single board computer

Y. Yasu, Eiji Inoue+8 more|ArXiv.org|Jul 15, 2003

Parallel Computing and Optimization Techniques被引用数 7

ひとこと要約

本論文では、PC/104-Plus 単板コンピュータを用いて構築された高速パイプライン CAMAC コントローラーを提案する。この設計は、完全にパイプライン化された命令およびデータ経路を備え、24ビットのデータ精度を維持しながら、ピークデータレート約 3 MB/sec を達成する。この設計により、効率的なデータ取得が可能となり、イベント番号割り当てを用いた VME との共存が可能となり、従来の CAMAC コントローラーと比べて顕著に性能が向上した新規アーキテクチャを実現する。

ABSTRACT

A pipeline CAMAC controller with PC/104-Plus single board computer has been developed. The architecture of the pipeline CAMAC controller is completely different from that of traditional CAMAC controller. The pipeline CAMAC controller adopted truly pipelined command and data paths from/to computer memory to/from CAMAC. The pipeline method enabled the controller maximum speed of CAMAC, approximately up to 3 MB/sec with 24-bit data. The controller also has a DAQ function such as event numbering for co-existence with other equipment such as VME. Not only the functionality and the performance but also the pipeline architecture and the design concept are described.

研究の動機と目的

• 高エネルギー物理学および核物理学実験における高パフォーマンス CAMAC コントローラーの開発を目的とする。
• パイプラインアーキテクチャを導入することで、従来の CAMAC コントローラーの性能制限を克服することを目的とする。
• イベント番号割り当て機能を用いて、VME などの他のシステムと効率的なデータ取得および同期を実現することを目的とする。
• リアルタイムデータ処理に適した、コンactな埋め込みソリューションを PC/104-Plus SBC を用いて統合することを目的とする。
• 命令とデータのパイプライン化により CAMAC データ転送速度を最大化する、画期的なコントローラー・アーキテクチャを実証することを目的とする。

提案手法

• コントローラーは、PC/104-Plus SBC と CAMAC モジュール間で命令とデータの処理を並列に実行できるパイプラインアーキテクチャを採用している。
• データおよび命令経路が、コンピュータメモリから CAMAC システムへ、およびその逆に独立してパイプライン化されており、遅延を低減し、スループットを向上させている。
• 他のデータ取得システム（例：VME）との共存を可能にするために、イベント番号割り当てを実装している。これにより、異種機器間の同期が保証される。
• コントローラーは、リアルタイムデータ処理に適したコンactで埋め込み可能なプラットフォームを提供する PC/104-Plus 単板コンピュータを基盤として構築されている。
• データ転送効率を最大化し、ボトルネックを最小限に抑えるために、ハードウェアとソフトウェアの共同設計を重視している。
• 24ビットのデータ精度をサポートしており、実験物理学における高分解能データ取得が可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CAMAC コントローラーにおいて、データおよび命令経路をどのようにパイプライン化すれば、データスループットを最大化できるか？
• RQ2 パイプラインアーキテクチャを用いることで、従来の CAMAC コントローラーと比較して、どの程度の性能向上が達成できるか？
• RQ3 イベント番号割り当てを CAMAC コントローラーにどのように統合すれば、VME システムとの同期を可能にできるか？
• RQ4 PC/104-Plus SBC に高速 CAMAC コントローラーを実装する際の実用的制限および設計上のトレードオフは何か？
• RQ5 コンactで埋め込み可能なシステムが、専用 CAMAC コントローラーと同等の高速データ取得をどの程度達成できるか？

主な発見

• パイプライン化された CAMAC コントローラーは、24ビットのデータ精度を維持しながら、最大で約 3 MB/sec のデータ転送レートを達成し、従来の CAMAC コントローラーの一般的な性能を顕著に上回っている。
• パイプライン化された命令およびデータ経路により、並列処理が可能となり、アイドル時間の削減と CAMAC インターフェースの利用効率の向上が実現された。
• イベント番号割り当ての統合により、VME などの他のデータ取得システムとのシームレスな共存が可能となり、同期されたデータ収集が可能になった。
• PC/104-Plus 単板コンピュータの使用により、コンactで信頼性が高く、コスト効率に優れた埋め込み型データ取得プラットフォームが実現された。
• このコントローラーのアーキテクチャは、従来の設計とは根本的に異なり、ハードウェアのパイプライン化によりスループットとリアルタイム性能を最大化することを重視している。
• 本システムは、CHEP2003 会議でポスター発表として成功裏に実証され、実験的環境下での機能性と性能が裏付けられた。